结构体和共用体

结构体和共用体

1.结构体

1.1 看一个养猫问题

张老太养了两只猫猫：一只叫小白，今年3岁，白色，还有一只叫小花，今年100岁，花色，请编写一个程序，当用户输入小猫的名字，就显示该猫的名字，年龄，颜色。如果用户输入的小猫名错误，则显示张老太没有这只猫猫

1.2 使用传统技术解决

• 单独的定义变量解决
• 学习完数组，它是一组具有相同类型的数据的集合，在编程中，我们往往还需要一组类型不同的数据，例如猫的名字使用字符串，年龄是int，因为数据类型不同，不能用一个数组来存放

1.3 现有技术解决的缺点分析

- 不利于数据的管理和维护，因为本身猫的三个属性（名字，年龄，颜色）是一个整体，传统解决方法是将其分解-->结构体



```c
void main(){
    char cat1Name[10]="小白";
    int cat1Age=3;
    char cat1Color[10]="白色";
    
    char *catsName[2]={
        "小白"
        "小花"
    };
    int catsAge[2]{3,100}
}

1.4 结构体与结构体变量的关系示意图

把所有猫的特征提取出来---->cat结构体-数据类型（成员 name age color）

说明：除了可以有cat结构体，还可以有person结构体，有fish结构体等

1.5 快速入门--面向对象的方式解决养猫问题

#include<stdio.h>
void main(){
    //分析：
    //1.猫猫有三个成员变量组成
    //2.使用结构体解决
    
    //创建结构体cat
    struct Cat{//结构体名Cat,Cat就是我们自己构造的一个数据类型
        char *name;//名字，使用指针，指向一个字符串
        int age;
        char *color;
    };
    //使用Cat结构体创建变量
    struct Cat cat1;//cat1就是struct Cat的一个变量
    struct Cat  cat2;//cat2就是struct Cat的一个变量
    //给cat1的各个成员赋值
    cat1.name="小白";
    cat1.age=3;
    cat1.color="白色";
    
    //给cat2的各个成员赋值
    cat2.name="小花";
    cat2.age=100;
    cat2.color="花色";
    
    //输出两只猫的信息
    printf("第一只猫name=%s age=%d color=%s",cat1.name,cat1.age,cat1.color);
    printf("第二只猫name=%s age=%d color=%s",cat2.name,cat2.age,cat2.color);
    
    getchar();
}

1.6 结构体和结构体变量的区别和联系

• 结构体是自定义数据类型，表示的是一种数据类型
• 结构体变量代表一个具体变量

int num1;//int 是数据类型，而num1是一个具体的int变量
struct Cat cat1;//Cat是结构体数据类型，而cat1是一个Cat变量

• Cat就像一个”模板“，定义出来的结构体变量都含有相同的成员，也可以将结构体比作图纸，将结构体变量比作零件，根据同一张图纸生产出来的零件的特征都是一样的

1.8 如何声明结构体

struct 结构体名称{//结构体名称首字母大写，比如Cat,Person

​ 成员列表；

}；

struct Student{
    char *name;
    int num;
    int age;
    char group;
    float score;
    //成员也可以是结构体
}；

1.9 成员

• 基本介绍

  • 从叫法上看，有些书上称为成员，有些书说结构体包含的变量
  • 成员是结构体的一个组成部分，一般是基本数据类型，也可以是数组，指针，结构体等；比如定义的Cat结构体的int age就是一个成员；

• 注意事项即细节说明

  • 成员声明语法同变量，实例，数据类型，成员名
  • 字段的类型可以为：基本类型，数组或指针，结构体等

• 在创建结构体变量后，需要给成员赋值，如果没有赋值就使用可能导致程序异常终止

#include <stdio.h>
 void main(){
     struct Cat(){//结构体名字建议打字大写
         char *name;
         int age;
         char *color;   
     };
     struct Cat cat1;//定义了一个结构体变量cat1
     printf("名字=%s 年龄=%d 颜色=%s",cat1.name,cat1.age,cat1.color);
     getchar();
 }

• 不同结构体变量的成员是独立，互不影响，一个结构体变量的成员更改，不影响另一个

1.10 创建结构体和结构体变量

• 方式一：先定义结构体，然后再创建结构体变量

struct Stu{
    char *name;
    int num;
    int age;
    char group;
    float score;
};
struct Stu stu1,stu2;
//定义了两个变量stu1和stu2，他们都是Stu类型，都由5个成员组成
//注意关键字struct不能少

• 方式二：在定义结构体的同时定义结构体变量

struct Stu{
    char *name;
    int num;
    int age;
    char group;
    float score;
}stu1,stu2;
//在定义结构体Stu的同时，创建了两个结构体变量stu1和stu2

• 方式三：如果只需要stu1,stu2两个变量，后面不需要再使用结构体数据类型，定义其他变量，在定义时也可以不给出结构体名

struct {
    char *name;
    int num;
    int age;
    char group;
    float score;
}stu1,stu2;
stu1.name="tom";
stu1.num=100;
//该结构体数据类型，没有名，匿名结构体
//stu1和stu2就是该结构体的两个变量

1.11 成员的获取和赋值

结构体和数组类似，也是一组数据的集合，整体使用没有太大的意义，数组使用下标[]获取单个元素，结构体使用点号。获取结构体成员的一般格式为

结构体变量名.成员名；

struct {
    char *name;
    int num;
    int age;
    char group;
    float score;
}stu1;
stu1.name="jack";
printf("%s",stu.name);

#include<stdio.h>
void main(){
    struct Student{
        char *name;
        int num;
        int age;
        char group;
        float score;
    }stu1={"贾宝玉",11,18,'B',90.50},stu2={"林黛玉"，12,16,'A',100};
    struct Student stu3={
        "林黛玉2",12,16,'A',100
    };//在定义结构体变量时，整体赋值，需要对应
    
    struct Student stu4;
    //stu4={"林黛玉2",12,16,'A',100};//这样赋值不可以
    //stu4.name="smith";
    printf("stu1.name=%s",stu1.name);
    printf("stu3.name=%s",stu3.name);
    getcahr();
}

2.结构体应用实例

2.1 步骤

• 声明结构体，确定结构体名
• 编写结构体的成员
• 编写处理结构体的函数

2.2 案例

//编写一个Dog结构体，包含name（char[10]）,age(int),weight(double)属性
//编写一个say函数，返回字符串，信息中包含所有成员值

//在main方法中，创建Dog结构体变量，调用say函数，将调用结果打印输出

#include<stdio.h>
struct Dog{
    char *name;
    int age;
    double weight;
};
//say 函数，返回字符串，信息中包含所有成员值
char *say(struct Dog dog){
    //将这个信息放入到一个字符串（字符数组）
    static char info[50];
    sprintf(info,"name=%s age=%d weight=%.2f",dog.name,dog.age,dog.weight);
    dog.name="小花";
    return info;
}
void main(){
    //测试
    //定义结构体变量
    struct Dog dog;
    char *info=NULL;
    dog.name="小黄";
    dog.age=1;
    dog.weight=3.4;
    info=say(dog);//结构体变量默认是值传递
    printf("小狗信息=%s",info);
    printf("main 小狗信息=%s",dog.name);
    getchar();
}

2.4 景区门票案例

• 一个景区根据游人的年龄收取不同价格的门票
• 请根据游人结构体（Visitor）,根据年龄段决定能够购买的门票价格并输出
• 规则：年龄>18,门票为20元，其他情况免费
• 可以循环从控制台输入名字和年龄，打印门票收费情况，如果名字输入n，则退出程序

#include<stdio.h>
#include<string.h>

//定义结构体
struct Visitor{
    char name[10];
    int age;
    double pay;//应付票价
};
//编写函数处理业务
//说明：因为结构体默认是值传递，会拷贝一份完整数据，效率较低
//因此，为了提高效率，我们直接接收地址
void ticket(struct Visitor* visitor){
    //判断
    if((*vistor).age>18){
        (*visitor).pay=20;
    }else{
        (*visitor).pay=0;
    }
}
void main(){
    //测试
    //创建结构体变量（创建一个游客）
    struct Vistor vistor;
    //循环输入名字和年龄
    while(1){
        printf("请输入名字：");
        scanf("%s",visitor.name);
        //判断如果名字输入n，则退出程序
        if(!strcmp("n",visitor.name)){
            break;
        }
        printf("请输入游客年龄");
        scanf("%d",&visitor.age);
        //调用函数ticket,获取应付的票价
        ticket(&visitor);
        printf("游客应付票价为%.2f",visitor.pay);
    }
    printf("退出程序");
    getchar();
    getchar();
}

3.共用体

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3.2 传统方式解决

定义结构体，根据人员的职业，使用对应的成员变量

struct Person{
    char name[20];
    int num;
    char sex;
    char profession;
    float score;//学生使用score
    char cousre[20];//老师使用course
};

传统方式的问题分析：会造成空间的浪费，比如学生只使用score,但是也占用了course成员的20个字节。

• 解决方案
  • 做struct Stu和struct Teacher[但如果职业过多，就会对应多个结构体类型，不利于管理]
  • 使用共用体

3.3 基本介绍

• 共用体（Union）属于构造类型，它可以包含多个类型不同的成员，和结构体非常类似，但是也有不同的地方，共用体有时也被称为联合或者联合体，定义格式为

  union 共用体名{

  ​ 成员列表；

  }；

• 结构体和共用体的区别在于：结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响；而共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员

3.4 快速入门

• 定义共用体类型和共用体变量的三种方式（和结构体一样）

union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
};
union data a,b,c;
union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
}a,b,c;
union{
    int n;
    char ch;
    double f;
}a,b,c;

union data{
    int n;
    char ch;
    short m;
};
void main(){
    union data a;
    pritf("%d,%d",sizeof(a),sizeof(union data));
    a.n=0x40;
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    a.ch='9';
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    a.n=0x3E25AD54;
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch.a.m);
}

• 案例演示

#include<stdio.h>
union data{
    //data就是一个共用体（内存布局），包含三个成员，共享数据空间，该空间的大小以占用最大的成员为准
    int n;
    char ch;
    short m;
};
void main(){
    union data a;
    //定义一个共用体变量a
    printf("%d,%d",sizeof(a),sizeof(union data));
    a.n=0x40;
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    a.ch='9';
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    a.m=0x2059;
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    a.n=0x3E25AD54;
    printf("%d,%c,%d",a.n,a.ch,a.m);
    getchar();
}

3.5 内存布局

3.6 内存布局分析

要深入理解为什么前面的案例输出的结果，就需要剖析共用体在内存中是如和布局的

• 成员n,ch,m,在内存中"对齐"到一头，对ch赋值修改的是前一个字节，对m赋值修改的是前两个字节，对n赋值修改的是全部字节。也就是说，ch,m会影响到n的一部分数据，而n会影响到ch,m的全部数据
• 上图是在绝大多数PC机上的内存分布情况，如果是51单片机，情况就会有所不同

3.7 最佳实践

#include<stdio.h>
#define TOTAL 2//人员总数

//定义了一个结构体Person
union MYUNION{
    float score;
    char score;
    char course[30];
};
struct Person{
    char name[20];
    int num;
    char sex;
    char profession;
    union{
        float score;
        char course[20];
    }sc;//sc是一个共用体变量
};
void main(){
    int i;
    struct Person person[TOTAL];//定义了一个结构体数组
    //输入人员信息
    for(i=0;i<TOTAL;i++){
        printf("input info:");
        scanf("%s %d %c %c",person[i].name,&(person[i].name),&(person[i].num),&(person[i].sex),&(person[i].profession));
        if(person[i].profession=='s'){
            printf("请输入该学生成绩：");
            scanf("%f",&person[i].sc.score);
        }else{
            printf("请输入该老师课程：");
            scanf("%s",person[i].sc.course);
        }
        fflush(stdin);
    }
    //输入人员信息
    printf("Name\t\tNum\tSex\tProfession\tScore\tCourse\n");
    for(i=0;i<TOTAL;i++){
        if(person[i].profession=='s'){
            printf("%s\t\t%d\t%c\t%c\t%c\t\t%f",persons[i].name,persons[i].num,persons[i].sex,persons[i],profession,persons[i].sc.score);
        }else{
            printf("%s\t\t%d\t%c\t\t%s",persons[i].name,persons[i].num,persons[i].sex,persons[i].profession,persons[i].sc.course);
        }
    }
    getchar();
    getchar();
}